Actualment moltes indústries s'enfronten a un problema comú, que és que necessiten materials resistents i flexibles, però lleugers. Els materials compostos poden resoldre aquest problema. Poden combinar les forces de diferents materials per aconseguir resultats millors i més efectius. Els materials compostos s'utilitzen àmpliament en indústries com l'aeroespacial, la fabricació d'automòbils i la construcció. Què és el material compost?

Aquests materials es formen barrejant dues o més substàncies diferents, cadascuna amb les seves pròpies característiques físiques o químiques úniques. En conseqüència, quan s'uneixen, creen un nou material amb característiques millorades. Com a resultat, aquest nou material podria ser més fort, més lleuger o més resistent a les forces en comparació amb les substàncies originals.

Tens curiositat pels materials compostos i els seus tipus? Explorem què fa que aquests materials siguin únics i com s'apliquen en diverses indústries.

Què és el material compost?

Per crear un material compost, els enginyers combinen dos materials diferents, cadascun amb les seves pròpies propietats úniques. Aquesta combinació dóna com a resultat un nou material amb característiques que no es troben en els originals. Dissenyen aquest nou material per realitzar funcions específiques, com ser més fort, més lleuger o resistent a l'electricitat. A més, els materials compostos poden millorar tant la resistència com la rigidesa.

Breu història del material compost

La gent va començar a utilitzar materials compostos fa molts anys en el passat. Ja l'any 3400 aC, els mesopotàmics van fabricar els primers materials compostos fets per l'home. Enganxen peces primes de fusta juntes en diferents angles per fer una fusta contraxapada més forta. Més tard, cap a l'any 2181 aC, els antics egipcis van fabricar màscares mortals. Feien servir lli o papir i el cobrien amb guix. Ambdues societats també van afegir palla per reforçar altres materials, com ara maons de fang, ceràmica i vaixells.

Al voltant de l'any 1200 dC, els mongols van crear un potent arc compost. Per fer-ho, van combinar diversos materials, entre ells fusta, tendó, banya, bambú, os i seda. Van utilitzar trementina com a cola per mantenir totes les peces juntes, donant com a resultat una arma molt eficaç.

Avenços moderns en composites

Després de la Revolució Industrial, les resines sintètiques es van consolidar mitjançant el procés de polimerització, que va portar a la producció de diversos plàstics al segle XX. Leo Baekeland va inventar la resina fenòlica, que era molt popular per les seves propietats no conductores i resistents a la calor. A la dècada de 20, Owens Corning va introduir les fibres de vidre i va ser pionera en la indústria del FRP (polímer reforçat amb fibra). Les resines fabricades durant aquest temps es van desenvolupar amb força i encara s'utilitzen avui dia. Dos anys més tard, va sorgir un sistema de resina més fort.

L'impacte durador dels compostos

La fibra de carboni inicial es va patentar el 1961 i va anar guanyant popularitat en aplicacions comercials. A mitjans de la dècada de 1990, els materials compostos van guanyar més popularitat en indústries com la fabricació i la construcció. Són més barats i més forts que els materials antics. L'ús de materials compostos al Boeing 787 Dreamliner a mitjans dels anys 2000 va demostrar encara més el seu valor. Mostra la seva importància per a aplicacions que requereixen una gran resistència, fent-les una necessitat per a aplicacions modernes.

De què estan fets els compostos?

La gent també es refereix als compostos com a compostos de polímer reforçat amb fibra (FRP). Els fabricants els creen utilitzant una matriu de polímer. Reforcen aquesta matriu amb fibres dissenyades, sintètiques o naturals, que poden incloure materials com el vidre, el carboni o l'aramida. A més, poden utilitzar altres materials per millorar la resistència del compost.

La matriu té un paper important. Protegeix les fibres dels danys ambientals i altres influències externes, alhora que facilita la transferència de càrrega entre elles. D'altra banda, les fibres donen força i rigidesa. Ajuden a suportar la matriu i li permeten resistir esquerdes i trencaments.

En nombrosos productes de la nostra indústria, els fabricants sovint componen la matriu de resina de polièster i normalment utilitzen fibra de vidre com a material de reforç. No obstant això, poden crear compostos utilitzant diverses combinacions de resina i reforç, amb cada parella que influeix de manera única en les diferents característiques i propietats del producte final. Tot i que la fibra és forta, tendeix a trencar-se amb facilitat, de manera que proporciona força i rigidesa. Mentrestant, la resina flexible modela i salvaguarda la fibra.

Els compostos FRP també poden incloure farcits, additius i materials bàsics. Fins i tot poden tenir acabats superficials. Aquestes addicions s'utilitzen per millorar el procés de producció. També milloren l'aspecte del producte i augmenten el seu rendiment.

Principals propietats dels materials compostos

Els materials compostos tenen moltes propietats especials. A causa d'aquestes característiques, són molt versàtils i funcionen bé fins i tot en usos difícils i exigents. Aquestes característiques importants tenen un gran impacte en la seva eficàcia. Ara, anem a veure les diferents propietats que són molt útils a l'hora de fer productes.

força

La gent reconeix que els compostos són més forts que els materials individuals que els formen. En conseqüència, augmenten la resistència i fan que les estructures siguin més resistents. Per tant, els materials compostos serveixen com una opció excel·lent per a aplicacions que requereixen la capacitat de suportar càrregues pesades.

Durabilitat

Els materials compostos es poden utilitzar en condicions meteorològiques difícils o entorns que causen corrosió. També funcionen bé sota estrès repetit com cops i vibracions. Això els fa ideals per utilitzar-los en naus espacials, cotxes i avions.

Resistència a l'impacte

Els fabricants dissenyen aquests materials per gestionar els impactes i repartir la força, fent-ho sense patir danys. Aquesta capacitat és crucial, especialment en aplicacions on l'impacte és probable. En conseqüència, la seva capacitat de resistir els danys per xocs o cops els fa essencials per a les estructures de protecció contra xocs.

Resistència química

Els compostos són capaços de resistir els danys de productes químics forts o entorns difícils. Això els fa ideals per crear recobriments resistents als productes químics. També s'utilitzen en equips que manipulen productes químics.

Flexibilitat

Els compostos són altament flexibles i poden doblegar-se o canviar de forma sense trencar-se. També es poden dissenyar per doblegar-se de maneres específiques, depenent de l'ús previst. Això els fa bons per a la fabricació d'extremitats protèsiques. A més, la seva naturalesa flexible ofereix als enginyers millors opcions per a coses que s'enfronten a càrregues o vibracions en moviment.

Lleuger

Aquests materials tenen propietats fortes però no són pesants. Permeten la producció de peces i estructures lleugeres. La seva força en comparació amb el seu pes és una qualitat important en indústries on la reducció de pes és molt important.

Estabilitat tèrmica

Els materials compostos poden mantenir la seva forma quan s'exposen a una calor elevada. La capacitat de mantenir-se fort a altes temperatures és molt important. Això és necessari per a usos que s'enfronten a condicions molt caloroses.

Conductivitat elèctrica

Els compostos poden tenir molt bones propietats elèctriques. Es poden fer que actuïn com a bons aïllants o condueixin bé l'electricitat.

Aïllament acústic

Els compostos són especials perquè poden reduir o impedir que el soroll passi. Aquesta propietat de bloqueig de so els fa perfectes per a propòsits d'insonorització.

Els 3 principals avantatges de Composite materials

La gent sovint utilitza compostos en articles quotidians. Els podem trobar en cotxes, equips de golf i fins i tot en canonades. També són molt importants per a màquines avançades com els coets. A causa de les seves propietats especials, aporten més avantatges en comparació amb els materials tradicionals. Els enginyers, dissenyadors i arquitectes prefereixen utilitzar compostos, especialment en situacions difícils on és important una gran resistència o resistència a la calor.

Rendibilitat

Els compostos són més rendibles que els materials habituals com la fusta i el metall. A més de ser més barats, també ofereixen una millor funcionalitat. A més, els compostos són més respectuosos amb el medi ambient. Això es deu al fet que generen menys residus durant la seva producció i ús.

Temps i esforç de producció reduïts

L'ús de compostos en el procés de producció ajuda a reduir el temps necessari per fer productes. També redueix la quantitat de treball necessària per ajuntar diferents materials tradicionals.

Versatilitat del disseny

Un dels avantatges clau dels materials compostos és la seva flexibilitat en el disseny. Els enginyers poden fer-los amb les formes o formes que necessiten. Això els permet crear peces i components complexos amb aquests materials.

Tipus de compostos

Després de conèixer els avantatges generals dels compostos, ara explorem els diferents tipus de compostos.

Materials compostos naturals

Tipus compost	Reforç	matriu	Exemple d'ús
fusta	Fibres de cel·lulosa	Lignina (polímers orgànics a base de carboni)	Materials de construcció, fabricació de mobles, etc.
Os	Fibres de col·lagen	Hidroxiapatita (mineral cristal·lí a base de calci)	Suport estructural dins dels organismes vius
Formigó/Maó	Palleta	Fang o argila	Construcció d'edificis, infraestructures com murs, etc.

Materials compostos clàssics

A la dècada de 1930 va aparèixer el primer material compost modern, la fibra de vidre. També es coneix com a plàstic reforçat amb fibra de vidre (GRFP o GRP). Amb el desenvolupament, el GRP sol presentar-se en forma de cinta adhesiva, enganxada al motlle per al seu ús, corretges de plàstic com a substrat per suportar la fibra de vidre. La fibra de vidre ajuda a enfortir el material. Els plàstics reforçats amb fibra de carboni (CRFP o CRP) són similars al GRP, però utilitzen fibra de carboni.

• Plàstic reforçat amb fibra de vidre (GRP)

Introducció bàsica

La fibra de vidre va ser el primer material compost modern. Inicialment escrit com a "fibra de vidre", ara s'anomena comunament plàstic reforçat amb fibra de vidre (GRFP o GRP). Aquest material es va originar a la dècada de 1930.

Forma i composició

Avui en dia, els fabricants sovint ofereixen fibra de vidre en forma de cintes que els usuaris poden aplicar a la superfície d'un motlle. La cinta de suport de plàstic actua com a matriu, mantenint les fibres de vidre al seu lloc. Tanmateix, les fibres de vidre proporcionen la major part de la resistència del material.

Propietats del material

El plàstic és naturalment suau i flexible, mentre que el vidre és fort però fràgil. Quan es combinen, formen un material que és alhora fort i durador. Aquest material és ideal per a aplicacions com carrosseries de cotxes o vaixells. A diferència dels metalls o aliatges, és més lleuger i resistent a l'òxid.

• Plàstic reforçat amb fibra de carboni (CRFP o CRP)

Connecteu-vos al GRP

És similar al GRP.

Diferència

Utilitza fibres de carboni en lloc de fibres de vidre.

Composites moderns

Els compostos moderns avançats generalment es construeixen amb materials com ara metall, plàstic (polímer) o ceràmica. Com a resultat, això dóna lloc a tres tipus principals de compostos: compostos de matriu metàl·lica (MMC), compostos de matriu polimèrica (PMC) i compostos de matriu ceràmica (CMC).

Composites de matriu metàl·lica (MMC)

Els fabricants componen la matriu de MMC utilitzant metalls lleugers com ara aliatges d'alumini o magnesi. En la producció, utilitzen ceràmica o fibres de carboni per reforçar-lo, com l'alumini reforçat amb carbur de silici i aliatges de coure-níquel reforçats amb grafè. Aquests materials són forts, durs, duradors, resistents a l'oxidació i relativament lleugers. No obstant això, el seu alt cost tendeix a limitar-ne l'ús. Són populars en aplicacions aeroespacials, militars, d'automoció i d'eines de tall.

Composites de matriu ceràmica (CMC)

Els compostos de matriu ceràmica (CMC) utilitzen un material ceràmic, com el vidre de borosilicat, com a matriu. S'afegeixen fibres de carboni o ceràmiques com a reforç per reduir la fragilitat de la ceràmica tradicional. Alguns exemples de CMC inclouen carbur de silici reforçat amb fibra de carboni (C/SiC) i carbur de silici reforçat amb carbur de silici (SiC/SiC).

Inicialment, els CMC es van desenvolupar per a aplicacions aeroespacials i militars on els materials lleugers i la resistència a altes temperatures eren crucials. Actualment, també s'utilitzen en frens d'automòbils, embragatges, coixinets, intercanviadors de calor i fins i tot reactors nuclears.

Composites de matriu de polímers (PMC)

Els PMC com GRP són diferents. En els PMC, les fibres ceràmiques o de carboni milloren la força i la rigidesa de la matriu plàstica que pot ser termoplàstica o termoestables. En general, els PMC basats en termoestables són millors per suportar altes temperatures i dissolvents, però són menys resistents i triguen més a fer-se. Són excel·lents per a la fabricació de peces per a cotxes, vaixells i avions. Els fabricants els utilitzen àmpliament en la producció d'equipament esportiu. La indústria aeroespacial utilitza habitualment PMC (termoestables) basats en epoxi, i la importància dels PMC basats en termoplàstics resistents a altes temperatures també està creixent allà.

Aplicacions dels materials compostos

Els materials compostos s'utilitzen en moltes indústries i tenen moltes aplicacions. Aquests són alguns exemples:

• aeroespacial

L'ús de composites als avions ha crescut. Per exemple, el B787 és un 50% de compostos en pes, utilitzant estructures sandvitx de carboni, laminats CFRP i fibra de vidre. Els compostos són preferits a l'alumini per la seva millor resistència i propietats de tracció.

• Automotor

Els fabricants utilitzen materials compostos en vehicles esportius i elèctrics per les seves propietats lleugeres, que milloren el rendiment i amplien l'autonomia de la bateria. Les peces CFRC poden reduir el pes del vehicle en un 30%. El reciclatge de fibra de carboni ajuda a estalviar energia i a reduir les emissions.

• Marina

Els compostos GF i CF s'utilitzen àmpliament en la construcció naval i reparacions marines. Han suplantat els metalls tradicionals a causa de la seva naturalesa lleugera, resistència excepcional i durabilitat. Els fabricants prefereixen el GRP per la seva resistència a entorns durs i els baixos requisits de manteniment.

• Energia Eòlica

Els compostos són essencials a les pales d'aerogeneradors per la seva alta relació resistència-pes. A mesura que les turbines velles arriben a l'EoL, el reciclatge és crucial. Alguns països de la UE prohibeixen l'abocament de fulles compostes, pressionant per millors solucions de reciclatge.

• Construcció i infraestructures

Els compostos avançats s'utilitzen en la construcció de ponts i en l'adaptació d'estructures per a la resistència als terratrèmols. Són habituals les fibres de vidre i carboni a les resines. La indústria busca un reciclatge sostenible per gestionar els grans residus de materials d'EoL.

TEAM Rapid: la vostra elecció principal per a solucions de materials compostos

TEAM Rapid és una empresa de primer nivell especialitzada en materials compostos. Oferim una àmplia gamma de serveis, aprofitant la nostra tecnologia d'avantguarda i el nostre coneixement del sector. El nostre equip qualificat té una àmplia experiència amb diversos materials compostos i tècniques de fabricació. Tant si les vostres necessitats són en l'aeroespacial, l'automoció, la marina o altres indústries, oferim solucions a mida dissenyades per satisfer els vostres requisits específics.

Amb el nostre compromís amb la qualitat i la innovació, ens assegurem que les peces i productes compostos que oferim siguin del més alt nivell. Amb les nostres instal·lacions d'última generació i professionals altament experimentats, oferim serveis eficients i fiables per a totes les vostres necessitats de material compost. Optar per TEAM Rapid Tooling garanteix que rebeu una qualitat i un rendiment excepcionals en tots els projectes, des de Prototipat ràpid CNC a peces d'emmotllament per injecció. Poseu-vos en contacte amb nosaltres avui i deixeu-nos ajudar-vos a dur a terme el vostre proper projecte compost!

Preguntes freqüents

• Quin és més car, els materials compostos o els tradicionals?

El cost d'un material compost depèn dels materials utilitzats per fer-lo. El tipus de processos de producció i materials de vegades poden fer que els compostos siguin més costosos que els materials tradicionals. Tanmateix, els compostos es consideren rendibles perquè ofereixen un millor rendiment, un pes més lleuger i una major durabilitat.

• Quins són els inconvenients dels materials compostos?

Tot i que els materials compostos ofereixen molts avantatges, també tenen alguns inconvenients. Poden ser difícils de reparar i mantenir, ja que els danys sovint són difícils de detectar o arreglar. La delaminació, on les capes se separen, és un altre problema comú. A més, produir compostos per a aplicacions específiques pot ser complex i costós. La seva resistència a l'impacte sovint és menor en comparació amb els materials tradicionals com el metall, cosa que els fa menys adequats per a determinats entorns d'alt estrès.